Die Vorteile des Taumelclinchens liegen auf der Hand: Obwohl die Fügekräfte um 70 % niedriger sind, erreichen die Haltekräfte dieselbe Höhe wie beim konventionellen Clinchen. Das zeigen Tests unter Serienbedingungen bei zwei verschiedenen Automobilherstellern.
Dr. Johannes Wößner ist für das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart tätig und Ansprechpartner in der Verbindungstechnik, Achim Breckweg ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am IPA
Reduzierte Fügekräfte waren das Entwicklungsziel des Taumelclinchens, das vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) erstmals auf der Fachmesse „Verbindungs- und Schweißtechnik 2000“ in Stuttgart vorgestellt wurde. Bei dem Fügeprozess bewegt sich der schräg gestellte Stempel auf einem Kegelmantel um die Vorschubachse und wälzt dabei auf der Blechoberfläche ab. Für die Taumelbewegung benötigt er nur etwa 30 % der Fügekräfte des konventionellen Clinchens. Diese Methode lässt sich in Verbindung mit allen marktgängigen Roboterbügelkonzepten einsetzen.
Inzwischen wurden in einem Gemeinschaftsprojekt von IPA und Systemanbieter Tox-Pressotechnik GmbH, Weingarten, die Prozessparameter optimiert und das Verfahren zur Serienreife ausgebaut. Zugleich entstanden neue Konzepte für Roboterzangen mit Ausladungen von bis zu 850 mm. Verwendet wurden in den Versuchen die im Automobilbau vorrangig eingesetzten Blechwerkstoffe ZStE 340 und Ecodal (AlMg0,8Si09). Dabei zeigte sich, dass dank der niedrigen, unter 20 kN liegenden Fügekräfte sogar elektrisch angetriebene Fügeeinrichtungen denkbar sind, zumindest bei Standardanwendungen im Automobilbau.
Schon die Voruntersuchungen machten deutlich: Mit dem Taumelclinchen können Verbindungsfestigkeiten wie beim konventionellen Clinchen erreicht werden. Dies war eines der entscheidenden Argumente für Automobilentwickler und Fertigungsplaner, sich mit dem Verfahren auseinander zu setzen. Zwei Automobilhersteller haben bereits Tests unter Serienbedingungen durchgeführt. Für die Versuche wurden Roboterzangen aus der Produktion mit dem neu entwickelten Taumelmodul ausgestattet. Zunächst legten die Ingenieure die Taumelclinchzangen so aus, dass sie mit den konventionellen Clinchzangen direkt ausgetauscht werden konnten, ohne das Verfahrprogramm des Roboters groß ändern zu müssen. Damit wurden alle Bedenken und Vorbehalte ausgeräumt.
Durch Taumelclinchen wurden unter Serienbedingungen unterschiedlichste Komponenten der Motorhaube gefügt wie Scharnier- und Schlossverstärkungen, Innenverstärkung und Außenhaut. Bei einem der Automobilhersteller haben die Roboter inzwischen 400 000 Fügepunkte an nahezu 12 000 Bauteilen gesetzt. Es zeigte sich, dass die Standzeiten von Stempel und Matrize denen beim konventionellen Clinchen gleichen. Weitere Optimierungen werden im laufenden Prozess noch durchgeführt, etwa das Anpassen des Niederhalters an den Taumelclinch-Prozess.
Die Verbindungsfestigkeit wurde in fixen Intervallen überprüft. Die Messungen bestätigten die in den Voruntersuchungen ermittelten Werte für die Haltekräfte, die denen beim konventionellen Clinchen entsprechen. Es stellte sich sogar heraus, dass das Kontrollmaß der Restbodendicke chargenübergreifend in einem engeren Toleranzbereich eingehalten werden kann als beim herkömmlichen Clinchen.
Taktzeit-Untersuchungen belegen, dass die Punkt-zu-Punkt-Zeiten beim Taumelclinchen nicht höher sind als beim konventionellen Clinchen: Da sich die Zangenwerkzeuge kompakter und leichter bauen lassen, können die Roboter mit höheren Geschwindigkeiten verfahren und Störkonturen leichter umgehen. Setzten hohe Fügekräfte bisher häufig stationär ausgelegte Clincheinrichtungen (Pressen) voraus, so erlauben leichtere Roboterwerkzeuge nun auch die Werkzeug-Handhabung und damit eine wesentlich flexiblere Prozessgestaltung.
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